曲線橋梁中墩梁固結的若干問題探討

鄧志剛 張定馬

(武漢中咨路橋設計研究院有限公司，湖北 武漢 430000)

曲線橋梁中墩梁固結的若干問題探討

鄧志剛 張定馬

(武漢中咨路橋設計研究院有限公司，湖北 武漢 430000)

以實際工程為依托，探討了曲線橋梁在墩梁固結時，采用不同的墩柱直徑，在各種荷載組合條件下，主梁的支承反力、縱向扭矩值的變化規律，并提出了一些合理化的設計建議。

曲線橋梁，墩梁固結，直徑，規律

隨著現代化建設的發展，我國交通系統的壓力越來越大。為了保證交通順暢，橋梁的走向必須服從線路的整體走向，造成曲線橋梁在高速公路互通匝道或城市立交中的應用越來越普遍。

下部支承的結構形式會影響結構及墩柱內力的大小及支座內力的分布，通常我們會采用墩梁固結的結構形式來改善橋梁的受力狀況。在不同的墩柱直徑情況下，主梁的支承反力、縱向扭矩值不同。本文針對這一問題，采用MIDAS程序對橋寬8.3 m、跨徑組合為(25+30+30+25)m的現澆預應力混凝土連續箱梁進行研究。在墩梁固結時，進行不同直徑的空間模擬計算，總結出一定的規律，并提出了一些設計思路。

1 曲線橋的結構受力特點

曲線梁橋由于主梁的平面彎曲使得下部結構墩柱的支承點不在同一條直線上，構成了其獨有的受力特點：1)梁體的彎扭耦合作用，在主梁自重和預應力鋼束作用下，同時產生彎矩和扭矩，并相互影響，使梁處于彎扭耦合狀態；2)彎橋在外荷載的作用下，還會出現橫向彎矩；3)由于彎扭耦合作用，彎橋的變形比同跨徑的直橋要大，外邊緣的撓度大于內邊緣的，而且半徑越小，橋越寬，這一趨勢越明顯。同時在梁端可能出現翹曲，當梁端橫橋向約束較弱時，梁體有向彎道外側“爬移”的趨勢;4)主梁的扭轉傳遞到梁端部時，會造成端部各支座橫向受力分布嚴重不均，甚至使支座出現負反力。汽車荷載的偏心布置及其行駛時的離心力，也會造成曲線梁橋向外偏轉并增加主梁扭矩和扭轉變形。

2 曲線橋支承設計

2.1 工程概況

某匝道橋為(25+30+30+25)m四跨現澆預應力混凝土連續梁橋，橋寬8.3 m，單箱單室截面，梁高1.6 m，橋梁中線半徑為150 m。邊支承為板式橡膠支座，內外側各1個，柱式橋墩，中墩為D=1.8 m的獨柱，墩梁固結。橋梁橫斷面、模型分別見圖1，圖2。

2.2 設計思路

本計算在跨徑、橋寬、斷面形式及材料等其他條件相同情況下，將墩柱與主梁直接固接，然后分別選取中墩D=1.5 m，D=1.8 m，D=2.0 m三種柱徑，邊支承條件為2個板式橡膠支座，支座間距為3.5 m，分別研究以下三種組合下支反力、扭矩的變化規律：

組合一：自重+二期恒載+預應力+收縮徐變+活載；組合二：自重+二期恒載+預應力+收縮徐變+升溫+活載；組合三：自重+二期恒載+預應力+收縮徐變+降溫+活載。

2.3 設計結果

2.3.1 支反力

全橋共7個支座，3個固接中墩，各支座及中墩墩頂的豎向反力如圖3～圖5所示(其中，1w表示1號墩處外支座反力，1n表示1號墩處內支座反力，2～4表示2號～4號墩處支座反力，5n表示5號墩處內支座反力，5w表示5號墩處外支座反力)。從圖3～圖5中可以看出：三個組合下中墩的支反力明顯大于邊墩。在組合一作用下，橋梁中墩直徑的大小對中墩豎向反力的大小有一定的影響，但影響不大，中墩豎向反力隨著中墩直徑的增加而增加，對邊支座內外側反力的分布僅有輕微的影響，當中墩直徑增加，邊支座內外側的差值隨著柱徑的增大而減小；對于荷載組合二、三而言,同樣存在類似的情況，3個中墩的反力均隨著柱徑的增加而增加，邊支座內外側的差值隨著柱徑的增大而減小，支反力及墩柱柱頂反力變化不大。總體分析表明，在墩梁固接的情況下，邊支座受力比較均勻合理，柱徑對邊支座反力的影響也不大，這表明當墩柱達到一定高度的情況下，墩梁固接是比較好的支承體系。

2.3.2 扭矩

不同柱徑時，各主要斷面在各階段下的扭矩值見圖6～圖8。

由圖6～圖8可以看出，在組合一作用下，扭矩的峰值多位于1/4L或3/4L等斷面，且扭矩值隨著墩柱直徑的增大而減小，在中墩斷面，扭矩值比較小，受墩柱直徑的影響不大；在組合二作用下，扭矩值在梁端受墩柱直徑的影響大一些，即墩柱直徑越大，梁端扭矩值越小，同時也減小了橋梁中部各斷面的扭矩值；在組合三作用下，梁端的扭矩較大，且扭矩值隨著墩柱直徑的增大而減小，全橋各斷面扭矩值受墩柱直徑的影響不大。說明原橋設計中如果將墩梁固接，在選用柱徑時，重點要考慮墩柱本身的受力問題，如果墩柱本身受力沒問題，就應該盡量選用小直徑的中墩。

3 主要結論

本研究依托工程為基礎，對墩梁固結支承條件的箱梁進行了拓展計算，并對箱梁的支反力、墩柱豎向力及主梁的扭轉變形、扭矩值進行研究，找出了各種變化規律，得出如下結論：當采用中墩墩梁固接方式時，采用常規墩柱直徑(1 m～2 m范圍)對主梁扭轉的約束效果差別不大，因此墩柱直徑選擇可綜合美觀、承載力合理選取。

[1] 邵容光.混凝土彎梁橋[M].北京：人民交通出版社，1996.

[2] 周若來，陳衛東.曲線梁橋常見病害與設計要點[J].中外公路,2008(6):149-151.

[3] 孫廣華.曲線梁橋計算[M].北京：人民交通出版社，1997.

Discussion on some problems of curve bridge pier girder consolidation

DENG Zhi-gang ZHANG Ding-ma

(Wuhan Zhongzi Highway and Bridge Designing Institute Corporation, Wuhan 430000, China)

Relies on the project as the basis, to explore the curve bridge on the pier beam consolidation, using different pier column diameter, in various combinations of load conditions, the supporting force of main girder, vertical torque variation, and put forward reasonable suggestions.

curve bridge， pier beam consolidation， diameter， law

1009-6825(2014)31-0188-03

2014-08-29

鄧志剛(1982- )，男，工程師； 張定馬(1978- )，男，高級工程師

U443.22

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